مطالعه آزمایشگاهی تاثیر هندسه آبشکن t شکل و l شکل مستقر در قوس 180 درجه تند با بستر صلب بر الگوی جریان

مسیرهای قوسی رودخانه ها یکی از بازه های بسیار مهم برای بررسی الگوی جریان می باشند. به دلیل وجود جریان های ثانویه در قوس رودخانه ها، مورفولوژی خم های آبرفتی دست خوش تغییرات زیادی شده و فرسایش در قوس خارجی را سبب می شوند. آبشکن ها، سازه های هیدرولیکی ساده ای هستند که برای ساماندهی دیواره خارجی رودخانه ها در قوس استفاده می شوند. در این تحقیق، به منظور شناخت بهتر الگوی پیچیده جریان در قوس تند، در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه خلیج فارس، یک کانال قوسی با زاویه مرکزی 180 درجه (با نسبت شعاع انحنا به عرض کانال برابر با 2) به عنوان اولین کانال قوسی 180 درجه تند در ایران طراحی و ساخته شد. برای انجام آزمایشات، به منظور اندازه گیری مولفه های سرعت و تعیین الگوی سه بعدی جریان از دستگاه سرعت سنج سه بعدی vectrino استفاده شده است. در مرحله اول آزمایشات، به مطالعه الگوی جریان متوسط و آشفته در طول قوس 180 درجه تند پرداخته شد و پارامترهای مختلفی نظیر خطوط جریان آشفته، تنش رینولدزی، قدرت جریان ثانویه، ورتیسیتی، انرژی جنبشی و ... مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از این آزمایش، نشان داد که به دلیل شدت یافتن جریان ثانویه در راس قوس، دو گردابه ساعتگرد در مقطع عرضی 90 درجه در فواصل 5 و 38 درصدی عرض کانال از ساحل تشکیل شد. بیشینه تنش برشی بستر نیز در ورودی قوس و نزدیک به دیواره داخلی و در زاویه 40 درجه واقع شده است. علاوه بر این، میزان چرخش المان ها و قدرت جریان ثانویه نیز به ترتیب در موقعیت های 60 و 80 درجه به بیشترین مقدار خود رسید. در مرحله دوم آزمایشات به منظور بررسی نقش آبشکن بر تغییر الگوی جریان در قوس 180 درجه تند، ابتدا به مطالعه تاثیر پارامتر طول آبشکن های t شکل و l شکل (در هر دو حالت بال به سمت بالادست و پایین دست) پرداخته شد. نتایج حاصل از این آزمایشات بیانگر این است که با افزایش 67 درصدی طول آبشکن، قدرت جریان ثانویه در طول قوس برای آبشکن های t شکل، l شکل با بال به سمت بالادست و پایین دست به ترتیب 26، 35 و 40 درصد افزایش یافته است. با افزایش طول آبشکن تنش برشی بستر نیز افزایش یافته و به گونه ای که مقدار تنش برشی بیشینه در اطراف بال آبشکن بزرگتر مشاهده شده است. در این تحقیق، علاوه بر اثر پارامتر طول آبشکن، به بررسی پارامتر هندسه بال آبشکن های t شکل، l شکل و مستقیم نیز پرداخته شد. نتایج حاصل از این آزمایشات بیانگر این است که بیشترین تنش برشی بستر در اطراف دماغه آبشکن مستقیم واقع شده و آبشکن های t شکل و l شکل با بال به سمت پایین دست عملکرد مناسبتری در جهت کاهش تنش برشی بیشینه دارند. علاوه بر این، آبشکن t شکل نسبت به سایر آبشکن ها نقش موثرتری در حفاظت از ساحل خارجی در برابر حمله جریان های با سرعت بالا داشته است.